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DE202020000985U1 - Auxiliary device for a method for welding connections between inner tubes and tube support plates of a tube bundle for a product-to-product tube bundle heat exchanger - Google Patents

Auxiliary device for a method for welding connections between inner tubes and tube support plates of a tube bundle for a product-to-product tube bundle heat exchanger Download PDF

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DE202020000985U1
DE202020000985U1 DE202020000985.7U DE202020000985U DE202020000985U1 DE 202020000985 U1 DE202020000985 U1 DE 202020000985U1 DE 202020000985 U DE202020000985 U DE 202020000985U DE 202020000985 U1 DE202020000985 U1 DE 202020000985U1
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auxiliary device
product
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Abstract

Hilfsvorrichtung (50) für ein Verfahren für Schweißverbindungen zwischen Innenrohren (16) und Rohrträgerplatten (12, 14) eines Rohrbündels (10) für einen Produkt-zu-Produkt-Rohrbündel-Wärmeaustauscher (100), wobei die Schweißverbindung in an sich bekannter Weise derart ausgestaltet ist,• dass das Innenrohr (16) mit seiner Innenbohrung (17) in einer Ebene senkrecht zu einer Innenrohrlängsachse (R) mit einer Stirnseite der scheibenförmigen Rohrträgerplatte (12, 14), die eine ebensolche Innenbohrung (17) aufweist, verbunden ist,• dass die Innenbohrung (17) des Innenrohres (16) und jene der Rohrträgerplatte (12, 14) gleichgroße Innendurchmesser (D) aufweisen und miteinander fluchtend ausgerichtet sind,• dass in einer unverschweißten Ausgangslage das Innenrohr (16) und die Rohrträgerplatte (12, 14) mit einem ersten Formschluss (F1), der radial sowie axial und gegeneinander gerichtet wirksam ist, zueinander festgelegt sind,• dass eine umlaufende Rundschweißnaht (36) orbital, von der Innenbohrung (17) aus, einlagig und durchgängig von innen bis außen ausgeführt ist und• dass eine Schweißnahtbreite (b) der umlaufenden Rundschweißnaht (36) mindestens eine axiale Formschlusstiefe (B1) des ersten Formschlusses (F1) erfasst, dadurch gekennzeichnet,• dass eine erste und eine zweite Halteringhälfte (50.1, 50.2) vorgesehen sind, die einen geschlossenen Ring bilden,• dass sich die Halteringhälften (50.1, 50.2) in einer Trennebene (E), die durch ein Zentrum (Z) der Hilfsvorrichtung (50) verläuft, berühren und dass in der Trennebene (E) die Halteringhälften (50.1, 50.2) einen unverschieblichen zweiten Formschluss (F2) miteinander bilden,• dass die Rohrträgerplatte (12, 14) durch die Vorgabe von mehr als einer in ihr vorgesehenen Innenbohrung (17) ein Rohrbelegungsmuster (M) festlegt für die Anordnung parallel zueinander angeordneter Innenrohre (16),• dass das Rohrbelegungsmuster (M) in den Halteringhälften (50.1, 50.2) derart abgebildet ist, dass auf einem einzigen Teilkreis (T) gleichverteilt angeordnete Innenrohre (16) jeweils maximal halbseitig von den Halteringhälften (50.1, 50.2) umschlossen sind, wobei die Öffnung der jeweils umschließenden Kontur dem Zentrum (Z) der Halteringhälften (50.1, 50.2) zugewandt ist,• dass die Trennebene (E) zusätzlich durch mindestens eine auf dem Teilkreis (T) liegende Innenrohrlängsachse (R) verläuft,• dass Haltebolzen (52) vorgesehen sind, die jeweils am Umfang der Halteringhälften (50.1, 50.2) und sternförmig zum Zentrum (Z) hin orientiert in die Halteringhälften (50.1, 50.2) verschieblich eingreifen,• dass die Haltebolzen (52) auf dem Teilkreis (T) angeordnete, benachbarte Innenrohre (16) jeweils tangieren und• dass die Haltebolzen (52) mit ihrer jeweiligen dem Zentrum (Z) zugewandten Stirnseite erforderlichenfalls ein im Zentrum (Z) angeordnetes Innenrohr (16) festlegen und in dieser Position selbst jeweils lösbar festgelegt sind.Auxiliary device (50) for a method for welded connections between inner tubes (16) and tube support plates (12, 14) of a tube bundle (10) for a product-to-product tube bundle heat exchanger (100), the welded connection being in a manner known per se the inner tube (16) is connected with its inner bore (17) in a plane perpendicular to an inner tube longitudinal axis (R) to an end face of the disk-shaped tube support plate (12, 14), which has the same inner bore (17), • that the inner bore (17) of the inner tube (16) and that of the tube support plate (12, 14) have equal inner diameters (D) and are aligned with each other, • that in an unwelded starting position the inner tube (16) and the tube support plate (12, 14) are fixed to one another with a first positive connection (F1), which is effective radially, axially and in the opposite direction, • that a circumferential circular weld seam (36) orbital, from the inner bore (17), is single-layer and continuous from the inside to the outside and • that a weld seam width (b) of the circumferential circular weld seam (36) detects at least one axial form-fit depth (B1) of the first form-fit (F1), characterized , • that a first and a second retaining ring half (50.1, 50.2) are provided which form a closed ring, • that the retaining ring halves (50.1, 50.2) are in a parting plane (E) through a center (Z) of the auxiliary device ( 50), touch and that in the parting plane (E) the retaining ring halves (50.1, 50.2) form an immovable second form fit (F2) with each other, • that the tube support plate (12, 14) by specifying more than one internal bore provided in it (17) defines a pipe occupancy pattern (M) for the arrangement of inner tubes (16) arranged parallel to one another, • that the tube occupancy pattern (M) is depicted in the retaining ring halves (50.1, 50.2) in this way is that on a single pitch circle (T), evenly distributed inner tubes (16) are each enclosed on a maximum half side by the retaining ring halves (50.1, 50.2), the opening of the respective surrounding contour facing the center (Z) of the retaining ring halves (50.1, 50.2) is that • the parting plane (E) also runs through at least one inner tube longitudinal axis (R) lying on the pitch circle (T), • that retaining bolts (52) are provided, each on the circumference of the retaining ring halves (50.1, 50.2) and in a star shape towards the center (Z) oriented to engage in the retaining ring halves (50.1, 50.2) so that the retaining bolts (52) on the pitch circle (T) arranged adjacent inner tubes (16) each tangent and • that the retaining bolts (52) with their respective If necessary, fix an inner tube (16) arranged in the center (Z) to the center (Z) facing the end face and are each detachably fixed in this position.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die Neuerung betrifft eine Hilfsvorrichtung für ein Verfahren für Schweißverbindungen zwischen Innenrohren und Rohrträgerplatten eines Rohrbündels für einen Rohrbündel-Wärmeaustauscher, vorzugsweise einen Produkt-zu-Produkt-Rohrbündel-Wärmeaustauscher. Die jeweilige Schweißverbindung ist dabei derart ausgestaltet, dass das Innenrohr mit seiner Innenbohrung in einer Ebene senkrecht zu einer Innenrohrlängsachse mit einer Stirnseite der scheibenförmigen Rohrträgerplatte, die eine ebensolche Innenbohrung aufweist, verbunden ist. Die Innenbohrung des Innenrohres und jene der Rohrträgerplatte weisen gleichgroße Innendurchmesser auf und sind miteinander fluchtend ausgerichtet. In einer unverschweißten Ausgangslage sind das Innenrohr und die Rohrträgerplatte mit einem ersten Formschluss, der radial sowie axial und gegeneinander gerichtet wirksam ist, zueinander festgelegt. Eine umlaufende Rundschweißnaht ist orbital, von der Innenbohrung ausgehend, einlagig und durchgängig von innen bis außen ausgeführt und eine Schweißnahtbreite der umlaufenden Rundschweißnaht erfasst dabei mindestens eine axiale Formschlusstiefe des ersten Formschlusses. Die Neuerung betrifft weiterhin ein mit einer solchen Hilfsvorrichtung geschweißtes Rohrbündel sowie einen Produkt-zu-Produkt-Rohrbündel-Wärmeaustauscher mit wenigstens einem solchen Rohrbündel.The innovation relates to an auxiliary device for a method for welded connections between inner tubes and tube support plates of a tube bundle for a tube bundle heat exchanger, preferably a product-to-product tube bundle heat exchanger. The respective welded connection is designed in such a way that the inner tube is connected with its inner bore in a plane perpendicular to an inner tube longitudinal axis to an end face of the disk-shaped tube support plate, which has the same inner bore. The inner bore of the inner tube and that of the tube support plate have equal inner diameters and are aligned with one another. In a non-welded starting position, the inner tube and the tube support plate are fixed to one another with a first positive connection, which is effective radially, axially and in the opposite direction. A circumferential circular weld seam is orbital, starting from the inner bore, single-layer and continuous from the inside to the outside, and a weld seam width of the circumferential circular weld seam detects at least one axial form-fit depth of the first positive fit. The innovation further relates to a tube bundle welded with such an auxiliary device and a product-to-product tube bundle heat exchanger with at least one such tube bundle.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

In der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie kommen die verschiedensten Arten von Wärmeaustauschern zur Anwendung, mit denen Lebensmittelprodukte wärmebehandelt werden. Die jeweilige Auswahl, beispielsweise Platten- oder Rohrwärmeaustauscher in ihren unterschiedlichsten Ausführungsformen, richtet sich nach dem zu behandelnden Lebensmittelprodukt. Der Rohrwärmeaustauscher ist sowohl für niedrigviskose Produkte wie Milch und andere Milchprodukte, Getränke und Säfte als auch für mittel- bis hochviskose Produkte wie Konzentrate, Suppen oder Desserts und darüber hinaus auch für derartige Produkte, die zusätzlich Fasern und/oder Pulpe beinhalten, geeignet. In der Regel strömt das Produkt zum Zwecke der Wärmebehandlung durch die sogenannten Innenrohre und ein Wärmeträgermedium, beispielsweise Dampf oder Wasser, umströmt diese Innenrohre, vorzugsweise im Gegenstrom, von außen in einem die Innenrohre umgebenden Gehäuse, vorzugsweise einem Mantelrohr.Various types of heat exchangers are used in the food and beverage industry to heat food products. The respective selection, for example plate or tube heat exchangers in their most varied embodiments, depends on the food product to be treated. The tubular heat exchanger is suitable for low-viscosity products such as milk and other milk products, beverages and juices as well as for medium to high-viscosity products such as concentrates, soups or desserts and also for products of this type that also contain fibers and / or pulp. As a rule, for the purpose of heat treatment, the product flows through the so-called inner tubes and a heat transfer medium, for example steam or water, flows around these inner tubes, preferably in countercurrent, from the outside in a housing, preferably a jacket tube, surrounding the inner tubes.

Eine besonders energieeffiziente Ausführungsform der bekannten Rohrwärmeaustauscher ist ein sogenannter Rohrbündel-Wärmeaustauscher (siehe 1). Dieser besteht aus einer Vielzahl von Rohrbündeln (2a, 2b, 3), von denen jedes mehrere parallel geschaltete Innenrohre mit einem gemeinsamen Eintritt und einem gemeinsamen Austritt für das Produkt aufweist. Die jeweilige Gruppe von Innenrohren bzw. ein sogenannter Satz Innenrohre wird von dem Mantelrohr umschlossen, das jeweils nahe seiner Enden mit einem radial ein- bzw. ausmündenden Anschlussstutzen für ein Wärmeträgermedium versehen ist. Das Wärmeträgermedium durchströmt das Mantelrohr vorzugsweise im Gegenstrom zur Rohrströmung in den Innenrohren, einem Produktstrom.A particularly energy-efficient embodiment of the known tube heat exchanger is a so-called tube bundle heat exchanger (see 1 ). This consists of a large number of tube bundles ( 2a , 2 B , 3rd ), each of which has several inner tubes connected in parallel with a common inlet and outlet for the product. The respective group of inner tubes or a so-called set of inner tubes is enclosed by the jacket tube, which is provided near its ends with a radially opening or ending connecting piece for a heat transfer medium. The heat transfer medium flows through the jacket tube, preferably in countercurrent to the tube flow in the inner tubes, a product stream.

Die Innenrohre durchdringen jeweils endseitig eine Bohrung in einer sogenannten Rohrträgerplatte und sind jeweils an ihrem austrittsseitigen Ende mit der Rohrträgerplatte mittels einer umlaufenden Rundschweißnaht verbunden. Es liegt somit zwischen der Außenseite des Innenrohres und der zugeordneten Bohrung in der Rohrträgerplatte ein umlaufender Ringspalt vor, der sich von der umlaufenden Rundschweißnaht bis in einen vom Wärmeträgermedium beaufschlagten Innenraum des Rohrbündels bzw. des Mantelrohres erstreckt. Dieser umlaufende Ringspalt ist so lange unkritisch, wie das Wärmeträgermedium nur ausschließlich Wärmeträgermedium wie Wasser oder Dampf bleibt und nicht durch ein Lebensmittelprodukt substituiert wird.The inner tubes each penetrate a bore in a so-called tube support plate at the end and are each connected at their outlet end to the tube support plate by means of a circumferential circular weld seam. There is therefore a circumferential annular gap between the outside of the inner tube and the associated bore in the tube support plate, which extends from the circumferential welded seam into an interior of the tube bundle or the jacket tube, which is acted upon by the heat transfer medium. This circumferential annular gap is not critical as long as the heat transfer medium only remains heat transfer medium such as water or steam and is not substituted by a food product.

Wenn allerdings aus Gründen einer verbesserten Wärmeübertragungseffizienz in einem Rohrbündel-Wärmeaustauscher eine sogenannte Produkt-zu-Produkt-Wärmeübertragung stattfinden soll, dann wird der vorgenannten umlaufende Ringspalt kritisch, weil sich hier Produkt festsetzen kann, das im günstigsten Falle nur durch besonders intensive und langandauernde CIP-Reinigung (überdosierte Reinigung) abgereinigt werden kann, damit sich der umlaufende Ringspalt in einem mikrobiologisch unkritischen Zustand für die nachfolgende Produktfahrt befindet.However, if a so-called product-to-product heat transfer is to take place in a tube bundle heat exchanger for reasons of improved heat transfer efficiency, then the aforementioned circumferential annular gap becomes critical because product can settle here, which in the best case can only be achieved by particularly intensive and long-lasting CIP -Cleaning (overdosed cleaning) can be cleaned so that the circumferential annular gap is in a microbiologically uncritical state for the subsequent product run.

Besonders bei regenerativ betriebenen Wärmeübertragungssystemen, bei denen beispielsweise die bei der Abkühlung eines Endprodukts anfallende Wärme zur Vorwärmung eines noch zu behandelnden Produkts genutzt wird, ergibt sich bekanntlich bei einer Wärmeübertragung von Produkt-zu-Produkt (P-P) gegenüber einer Wärmeübertragung von Produkt-zu-Wärmeträgermedium-zu-Produkt (P-W-P) eine höhere Energieeffizienz bzw. Wirtschaftlichkeit, weil der Wärmedurchgang durch eine größere logarithmische Temperaturdifferenz sowie eine höhere Strömungsgeschwindigkeiten der Produktströme (höhere Reynolds-Zahl) verbessert und die Wärmeaustauschflächen dadurch verkleinert werden können. Durch die höheren Reynolds-Zahlen lassen sich darüber hinaus Rohrbündel mit größeren Rohrlängen realisieren, wodurch sich Kostensenkungen ergeben.Particularly in the case of regeneratively operated heat transfer systems, in which, for example, the heat generated during the cooling of an end product is used to preheat a product that is still to be treated, it is known that there is heat transfer from product to product ( PP ) against heat transfer from product-to-heat transfer medium to product ( PWP ) higher energy efficiency or economy because the heat transfer can be improved by a larger logarithmic temperature difference and a higher flow velocity of the product flows (higher Reynolds number) and the heat exchange surfaces can be reduced. The higher Reynolds numbers also allow tube bundles with longer tube lengths to be realized, which results in cost reductions.

In der bekannten Form sind die Rohrbündel-Wärmeaustauscher unter sanitären oder gar aseptischen Gesichtspunkten nur um den Preis einer überdosierten Reinigung für einen Produkt-zu-Produkt-Wärmeaustausch geeignet. Es wurde daher vorgeschlagen ( JP 2020 117 121 ), an der Rückseite der Rohrträgerplatte eine zusätzliche Rundnahtschweißung vorzunehmen, um den kritischen Ringspalt damit gegen das Eindringen von Produkt zu schließen. Ein Nachteil einer jeweiligen umlaufenden Rundschweißnaht an der Vorder- und zusätzlich an der Rückseite der Rohrträgerplatte besteht darin, dass zwischen den beiden Rundschweißnähten ein geschlossener Raum gebildet wird, der ein Risiko für die Lebensmittelsicherheit darstellt, wenn die Rundschweißnähte nicht fehler- und porenfrei geschweißt sind. Eine diesbezügliche Überprüfung ist nur schwer oder überhaupt nicht möglich. Es besteht dann die Gefahr, dass sich in dem geschlossenen Raum Mikroorganismen ansiedeln, die ein nachfolgendes Produkt rekontaminieren können. In the known form, the tube bundle heat exchangers are only suitable from a sanitary or even aseptic point of view for the price of overdosed cleaning for a product-to-product heat exchange. It was therefore proposed ( JP 2020 117 121 ), to perform an additional round seam weld on the back of the tube carrier plate in order to close the critical annular gap against product penetration. A disadvantage of a respective circumferential circular weld seam on the front and additionally on the rear of the tube support plate is that a closed space is formed between the two circular weld seams, which poses a risk to food safety if the circular weld seams are not welded without defects and without pores. A check in this regard is difficult or not possible at all. There is then a risk that microorganisms can settle in the closed space, which can recontaminate a subsequent product.

In der US 2 996 600 A ist im Rahmen eines Rohrwärmeaustauschers eine Schweißverbindung zwischen einem Rohr und einer Rohrträgerplatte beschrieben. Das Rohr besitzt einen Innendurchmesser, dem der Durchmesser einer Bohrung in der Rohrträgerplatte entspricht. Rohr und Rohrträgerplatte werden derart miteinander verschweißt, dass der Innendurchmesser des Rohres und der Durchmesser der Bohrung miteinander fluchten. Die diesbezüglich notwendige Ausrichtung und Zentrierung des Rohres an der Rohrträgerplatte wird durch einen Rezess an der Rohrträgerplatte, in den das Rohr eingreift, erreicht. Eine Umkehrung dieses Prinzips wird ebenfalls offenbart, bei dem ein Rezess am zu verbindenden Rohrende vorgesehen ist, der eine die Bohrung in der Rohrträgerplatte umgebende Aushalsung von außen umschließt. Der jeweilige Formschlussbereich zwischen dem Rohr und der Rohrträgerplatte wird mittels eines orbital umlaufenden Schweißwerkzeuges, ausgehend von der Innenseite des Innendurchmessers des Rohres sowie der Bohrung der Rohrträgerplatte, einlagig und durchgängig von innen bis außen verschweißt.In the US 2 996 600 A. describes a welded connection between a pipe and a pipe support plate in the context of a pipe heat exchanger. The tube has an inside diameter that corresponds to the diameter of a hole in the tube support plate. The tube and the tube support plate are welded together in such a way that the inside diameter of the tube and the diameter of the bore are aligned. The necessary alignment and centering of the pipe on the pipe support plate is achieved by a recess on the pipe support plate into which the pipe engages. A reversal of this principle is also disclosed, in which a recess is provided at the pipe end to be connected, which recess surrounds a neck surrounding the bore in the pipe support plate from the outside. The respective interlocking area between the pipe and the pipe support plate is welded in one layer and continuously from the inside to the outside using an orbital circumferential welding tool, starting from the inside of the inside diameter of the pipe and the bore of the pipe support plate.

In der WO 2014 060 425 A1 werden die unterschiedlichsten Vorschläge offenbart, wie die in Rede stehende Verbindung zwischen einem Innenrohr und einer Rohrträgerplatte eines Rohrbündels eines Rohrbündel-Wärmeaustauschers unter Vermeidung eines umlaufenden Ringspalts zwischen der Außenseite des Innenrohres und der Bohrung in der Rohrträgerplatte ausgestaltet werden kann.In the WO 2014 060 425 A1 A wide variety of proposals are disclosed as to how the connection in question between an inner tube and a tube support plate of a tube bundle of a tube bundle heat exchanger can be designed while avoiding a circumferential annular gap between the outside of the inner tube and the bore in the tube support plate.

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Neuerung, eine Hilfsvorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die eine sichere, maßgenaue und mit hoher reproduzierbarer Qualität ausgeführte Schweißverbindung zwischen den Innenrohren und der Rohrträgerplatte eines Rohrbündels für einen Produkt-zu-Produkt-Rohrbündel-Wärmeaustauscher sicherstellt.Starting from the aforementioned prior art, it is the object of the present innovation to create an auxiliary device of the generic type which provides a secure, dimensionally accurate and high-quality, reproducible weld connection between the inner tubes and the tube support plate of a tube bundle for a product-to-product Tube bundle heat exchanger ensures.

ZUSAMMENFASSUNG DER NEUERUNGSUMMARY OF THE INNOVATION

Diese Aufgabe wird durch eine Hilfsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der neuerungsgemäßen Hilfsvorrichtung sind Gegenstand der zugeordneten Unteransprüche. Ein Rohrbündel ist Gegenstand des abhängigen Anspruchs 9 und ein Produkt-zu-Produkt-Rohrbündel-Wärmeaustauscher mit wenigstens einem solchen Rohrbündel ist Gegenstand des Anspruchs 10.This object is achieved by an auxiliary device with the features of claim 1. Advantageous embodiments of the auxiliary device according to the invention are the subject of the associated subclaims. A tube bundle is the subject of dependent claim 9 and a product-to-product tube bundle heat exchanger with at least one such tube bundle is the subject of claim 10.

Die Neuerung geht aus von einer Schweißverbindung, die folgendermaßen ausgestaltet ist:

  • • Das Innenrohr mit seiner Innenbohrung ist in einer Ebene senkrecht zu einer Innenrohrlängsachse mit einer Stirnseite der scheibenförmigen Rohrträgerplatte, die eine ebensolche Innenbohrung aufweist, verbunden.
  • • Die Innenbohrung des Innenrohres und jene der Rohrträgerplatte weisen gleichgroße Innendurchmesser auf und sind miteinander fluchtend ausgerichtet, d.h. ihre Rotationsachsen verlaufen koaxial.
  • • In einer unverschweißten Ausgangslage sind das Innenrohr und die Rohrträgerplatte mit einem ersten Formschluss, der radial sowie axial und gegeneinander gerichtet wirksam ist, zueinander festgelegt. Die radiale Festlegung wirkt in beiden Richtungen, die axiale Festlegung beschränkt sich darauf, dass das Innenrohr an der Rohrträgerplatte in der einen Richtung anliegt und in der umgekehrten Richtung von dieser gelöst werden kann.
  • • Eine umlaufende Rundschweißnaht ist orbital, von der Innenbohrung ausgehend, einlagig und durchgängig von innen bis außen ausgeführt. Die Schweißung erfolgt vorzugsweise ohne Zusatzmaterial und unter einer für die zu verbindenden Materialien geeigneten Schutzgasatmosphäre.
  • • Eine Schweißnahtbreite der umlaufenden Rundschweißnaht erfasst mindestens eine axiale Formschlusstiefe des ersten Formschlusses. Die axiale Formschlusstiefe ist auf eine sich unter den gegebenen Schweiß- und Wandstärkenbedingungen ergebende Schweißnahtbreite abgestimmt. Die axiale Formschlusstiefe darf eine mögliche Schweißnahtbreite nicht überschreiten. Unter umlaufender Rundschweißnaht ist eine Schweißnaht zu verstehen, die in sich geschlossen, d.h. ohne örtliche Unterbrechungen ausgeführt ist.
The innovation is based on a welded connection, which is designed as follows:
  • • The inner tube with its inner bore is connected in a plane perpendicular to an inner tube longitudinal axis with an end face of the disk-shaped tube support plate, which has the same inner bore.
  • • The inner bore of the inner tube and that of the tube support plate have equal inner diameters and are aligned with one another, ie their axes of rotation run coaxially.
  • • In a non-welded starting position, the inner tube and the tube support plate are fixed to one another with a first positive connection, which is effective radially, axially and in opposite directions. The radial fixation acts in both directions, the axial fixation is limited to the fact that the inner tube lies against the tube support plate in one direction and can be detached from it in the opposite direction.
  • • A circumferential circular weld seam is orbital, starting from the inner bore, single-layer and continuous from the inside to the outside. The welding is preferably carried out without additional material and under a protective gas atmosphere suitable for the materials to be joined.
  • • A weld seam width of the circumferential circular weld seam detects at least one axial form-fit depth of the first form-fit. The axial form-fit depth is matched to a weld seam width that results under the given welding and wall thickness conditions. The axial form-fit depth must not exceed a possible weld seam width. A circumferential circular weld seam is to be understood as a weld seam which is self-contained, that is to say is carried out without local interruptions.

Der neuerungsgemäße Grundgedanke besteht bei der neuerungsgemäßen Hilfsvorrichtung darin, im Sinne der Aufgabenstellung eine Lösung nicht nur für ein einzelnes Innenrohr, wie dies im Stand der Technik offenbart ist, vorzusehen, sondern eine Lösung für eine Gruppe bzw. einen Satz von parallel zueinander verlaufenden Innenrohren in einem fortlaufenden Schweißprozess, der alle Innenrohre des Satzes nacheinander erfasst, vorzuschlagen. The basic idea of the innovation in the case of the auxiliary device according to the invention is to provide a solution not only for a single inner tube, as disclosed in the prior art, but a solution for a group or a set of inner tubes running parallel to one another in the sense of the task to propose a continuous welding process that covers all the inner tubes of the set one after the other.

Die der Neuerung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die folgenden Merkmale gelöst.

  • • Es sind im Rahmen der Hilfsvorrichtung eine erste und eine zweite Halteringhälfte vorgesehen, die einen geschlossenen Ring bilden.
  • • Die Halteringhälften berühren sich in einer Trennebene, die durch ein Zentrum der Hilfsvorrichtung verläuft, und in der Trennebene bilden die Halteringhälften einen unverschieblichen zweiten Formschluss miteinander.
  • • Die Rohrträgerplatte legt durch die Vorgabe von mehr als einer in ihr vorgesehenen Innenbohrung ein Rohrbelegungsmuster fest für die Anordnung parallel zueinander angeordneter Innenrohre.
  • • Das Rohrbelegungsmuster ist in den Halteringhälften derart abgebildet, dass auf einem einzigen Teilkreis gleichverteilt angeordnete Innenrohre jeweils maximal halbseitig von den Halteringhälften umschlossen sind, wobei die Öffnung der jeweils umschließenden Kontur dem Zentrum der Halteringhälften zugewandt ist. Diese Bedingungen werden durch entsprechende Bemessung eines Innendurchmessers der zu einem Ring geschlossenen Halteringhälften erfüllt, wobei die Bemessung von der Anzahl der auf dem Teilkreis befindlichen Innenrohre abhängt.
  • • Die Trennebene verläuft zusätzlich durch mindestens eine auf dem Teilkreis liegende Innenrohrlängsachse. Dadurch ist sichergestellt, dass die Halteringhälften sämtliche Innenrohre umschließen und in Gänze festlegen können und dass nach dem Verschweißen aller Innenrohre mit der Rohrträgerplatte ein Lösen und Entfernen der Halteringhälften von der verschweißten Rohranordnung möglich ist.
  • • Es sind Haltebolzen vorgesehen, die jeweils am Umfang der Halteringhälften und sternförmig zum Zentrum hin orientiert in die Halteringhälften verschieblich eingreifen.
  • • Die Haltebolzen tangieren mit ihrer Mantelfläche jeweils auf dem Teilkreis angeordnete, benachbarte Innenrohre.
  • • Die Haltebolzen legen mit ihrer jeweiligen dem Zentrum zugewandten Stirnseite erforderlichenfalls ein im Zentrum angeordnetes Innenrohr fest und sind in dieser Position selbst jeweils lösbar festgelegt.
The task underlying the innovation is solved by the following features.
  • • A first and a second retaining ring half are provided as part of the auxiliary device, which form a closed ring.
  • • The retaining ring halves touch in a parting plane, which runs through a center of the auxiliary device, and in the parting plane, the retaining ring halves form an immovable second form fit with one another.
  • • By specifying more than one inner bore provided in it, the pipe support plate defines a pipe assignment pattern for the arrangement of inner pipes arranged parallel to one another.
  • • The tube occupancy pattern is depicted in the retaining ring halves in such a way that inner tubes which are arranged in a uniformly distributed manner on a single pitch circle are enclosed by the retaining ring halves on a maximum of half sides, the opening of the respective surrounding contour facing the center of the retaining ring halves. These conditions are met by appropriate dimensioning of an inner diameter of the retaining ring halves closed to form a ring, the dimensioning depending on the number of inner tubes located on the pitch circle.
  • • The parting plane also runs through at least one inner tube longitudinal axis lying on the pitch circle. This ensures that the retaining ring halves can enclose and fix all of the inner tubes and that after the welding of all inner tubes to the tube support plate, the retaining ring halves can be detached and removed from the welded tube arrangement.
  • • Retaining bolts are provided, each of which can be slidably engaged in the retaining ring halves on the circumference of the retaining ring halves and in a star shape towards the center.
  • • The retaining bolts touch with their outer surface each adjacent inner tubes arranged on the pitch circle.
  • • If necessary, the retaining bolts with their respective end faces facing the center fix an inner tube arranged in the center and are themselves detachably fixed in this position.

Eine entsprechend den vorstehenden Merkmalen ausgestaltete Hilfsvorrichtung ist geeignet, Rohranordnungen mit wenigstens zwei Innenrohren in sich bestimmungsgemäß aufzunehmen.An auxiliary device designed in accordance with the above features is suitable for receiving pipe arrangements with at least two inner pipes as intended.

Es ist ausreichend, wenn der zweite Formschluss die erste und die zweite Halbringhälfte in radialer Richtung zueinander festlegt. Die Festlegung der Halteringhälften in axialer Richtung zueinander erfolgt zweckmäßig dadurch, wie dies vorgesehen ist, dass die erste und die zweite Halbringhälfte durch eine am Umfang der ersten und der zweiten Halbringhälfte angeordnete Verbindungsschraube, die diametral zueinander angeordnet sind, lösbar miteinander verbunden sind.It is sufficient if the second form-fit locks the first and the second half-ring halves in a radial direction to one another. The fixing of the retaining ring halves in the axial direction to one another expediently takes place in such a way that the first and the second half ring halves are detachably connected to one another by a connecting screw arranged on the circumference of the first and the second half ring halves, which are arranged diametrically to one another.

Befindet sich die Hilfsvorrichtung in der geschlossenen Position und legt sie in dieser Position eine bestimmungsgemäße Anzahl von Innenrohren fest, damit diese mit der zugeordneten Rohrträgerplatte verschweißt werden können, dann sind die Haltebolzen, die die Innenrohre im zweiten Formschluss festlegen, jeweils durch eine Feststellschraube in der zugeordneten Halteringhälfte selbst unverrückbar festgelegt.If the auxiliary device is in the closed position and in this position it fixes a specified number of inner tubes so that they can be welded to the associated tube support plate, then the retaining bolts, which fix the inner tubes in the second form fit, are each by a locking screw in the assigned retaining ring half itself immovably.

Ein besonders vorteilhaftes Rohrbelegungsmuster zeichnet sich dadurch aus, dass sieben Innenrohre vorgesehen sind, wobei sich ein Innenrohr koaxial im Zentrum der Hilfsvorrichtung befindet und sechs Innenrohre gleichverteilt auf dem Teilkreis angeordnet sind und dass die Trennebene zusätzlich durch zwei diametral zueinander angeordnete Innenrohre verläuft. In dieser Anordnung bilden die Innenrohrlängsachsen jeweils dreier benachbarter Innenrohre die Ecken eines gleichseitigen Dreiecks, wodurch der radiale Abstand aller jeweils benachbarten Innenrohre gleichgroß ist, da im Regelfall alle Innenrohre einen gleichgroßen Außendurchmesser aufweisen. Die Wärmeübertragungs- und Wärmedurchgangsbedingungen sind unter diesen Randbedingungen für alle Innenrohre annähernd gleich, wenn man von den besonderen Umströmungsbedingungen des zentralen Innenrohres gegenüber den auf dem Teilkreis befindlichen anderen Innenrohren absieht.A particularly advantageous pipe occupancy pattern is characterized in that seven inner pipes are provided, one inner pipe being located coaxially in the center of the auxiliary device and six inner pipes being evenly distributed on the pitch circle, and in that the parting plane additionally runs through two diametrically arranged inner pipes. In this arrangement, the inner tube longitudinal axes of three adjacent inner tubes form the corners of an equilateral triangle, as a result of which the radial spacing of all adjacent inner tubes is of the same size, since as a rule all of the inner tubes have the same outer diameter. The heat transfer and heat transfer conditions are approximately the same for all inner tubes under these boundary conditions, if one disregards the special flow conditions of the central inner tube compared to the other inner tubes located on the pitch circle.

Eine sehr einfache Ausgestaltung der Verbindungsgeometrie zwischen Innenrohr und Rohrträgerplatte wird mit Hilfe der neuerungsgemäßen Hilfsvorrichtung realisiert, wenn die umlaufende Rundschweißnaht so positioniert ist, dass die Schweißnahtbreite maximal um die Formschlusstiefe in die Rohrträgerplatte, von der Seite des Innenrohres aus gesehen, eingreift. In diesem Falle ist die Rohrträgerplatte lediglich mit dem Außendurchmesser des Innenrohres und mit maximal der Formschlusstiefe aufzusenken bzw. aufzubohren. Durch diese quantitative Ausgestaltung ist sichergestellt, dass kein Spalt mehr zwischen dem Außendurchmesser des Innenrohres und der Innenbohrung in der Rohrträgerplatte existiert, der nicht von der umlaufenden Rundschweißnaht überbrückt ist. Eine Aufsenkung mit weniger als der Formschlusstiefe verlagert einen Teil der Breite der umlaufenden Rundschweißnaht in einen der Rohrträgerplatte vorgelagerten Rohrbereich.A very simple configuration of the connection geometry between the inner tube and the tube support plate is realized with the aid of the new device if the circumferential circular weld seam is positioned such that the weld seam width engages in the tube support plate by the form depth as seen from the side of the inner tube. In this case it is Pipe support plate only with the outside diameter of the inner pipe and with a maximum of the form-fitting depth. This quantitative configuration ensures that there is no longer a gap between the outer diameter of the inner tube and the inner bore in the tube carrier plate, which is not bridged by the circumferential circular weld seam. A counterbore with less than the form-fitting depth shifts part of the width of the circumferential circular weld seam into a pipe area upstream of the pipe carrier plate.

Eine Verlagerung der umlaufenden Rundschweißnaht teilweise oder vollständig in die Rohrträgerplatte hinein zeitigt in an sich bekannter Weise einen unstetigen Verlauf der Verbindungsquerschnitte vom relativ kleinen Verbindungsquerschnitt des Innenrohres zum massiven Querschnitt der Rohrträgerplatte. Ein derartiger Verlauf ist festigkeitsmäßig ungünstig. Um hier Abhilfe zu schaffen, sieht ein weiterer mit der neuerungsgemäßen Hilfsvorrichtung realisierbarer Vorschlag vor, dass die Rohrträgerplatte radial außenseits von der umlaufenden Rundschweißnaht eine umlaufende, axial sich erstreckende, ringspaltförmige plattenseitige Ausnehmung aufweist, die so ausgebildet ist, dass die mit der umlaufenden Rundschweißnaht zu verschweißende Wandstärke der Rohrträgerplatte einen Wert annimmt, der zwischen der einfachen bis zur zweifachen Rohrwandstärke liegt.A shift of the circumferential circular weld seam partially or completely into the tube support plate leads in a manner known per se to a discontinuous course of the connection cross sections from the relatively small connection cross section of the inner tube to the solid cross section of the tube support plate. Such a course is unfavorable in terms of strength. In order to remedy this situation, a further proposal that can be realized with the new auxiliary device provides that the tube support plate has a circumferential, axially extending, annular-gap-shaped plate-side recess radially outside of the circumferential circular weld seam, which is designed such that the circumferential circular weld seam is closed welding wall thickness of the tube support plate assumes a value that lies between the simple to twice the tube wall thickness.

Ein anderer Vorschlag, der ebenfalls mit der neuerungsgemäßen Hilfsvorrichtung umsetzbar ist, schafft diesbezüglich gleichfalls Abhilfe und verbessert insbesondere die Festigkeitseigenschaften unter wechselnden mechanischen und/oder thermischen Belastungen. Er sieht vor, dass die umlaufende Rundschweißnaht, bezogen auf die Rohrträgerplatte, um einen vorgelagerten axialen Formschlussabstand des ersten Formschlusses von der Rohrträgerplatte entfernt positioniert ist, wobei die Rohrträgerplatte in diesem Bereich auf eine Wandstärke zwischen der einfachen bis zur zweifachen Rohrwandstärke ausgehalst ist.Another proposal, which can also be implemented with the auxiliary device according to the invention, also provides a remedy in this regard and in particular improves the strength properties under changing mechanical and / or thermal loads. It provides that the circumferential circular weld seam, relative to the pipe support plate, is positioned at an upstream axial form-fit distance of the first form-fit from the pipe support plate, the pipe support plate in this area having a wall thickness between single and double the pipe wall thickness.

Um Materialspannungen im Verlauf des über alle Schweißverbindungen währenden Schweißprozesses zu minimieren, ist eine Schweißabfolge so vorgesehen, dass, falls vorhanden, zunächst ein zentral in der Rohrträgerplatte angeordnetes Innenrohr und anschließend die auf einem Teilkreis um das zentrale Innenrohr herum angeordneten außenliegenden Innenrohre, jeweils in gegenüberliegender Abfolge, mit der Rohrträgerplatte verschweißt werden.In order to minimize material stresses in the course of the welding process during all welding connections, a welding sequence is provided in such a way that, if available, first an inner tube arranged centrally in the tube carrier plate and then the outer inner tubes arranged on a pitch circle around the central inner tube, each in opposite directions Sequence with which the pipe support plate is welded.

FigurenlisteFigure list

Eine eingehendere Darstellung der Neuerung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren der Zeichnung sowie aus den Ansprüchen. Die Neuerung ist in den verschiedensten Ausführungsformen einer neuerungsgemäßen Hilfsvorrichtung der gattungsgemäßen Art realisierbar. Nachfolgend wird die Hilfsvorrichtung mit Bezug auf die Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen

  • 1 in schematischer und perspektivischer Darstellung einen Rohrbündel-Wärmeaustauscher nach dem Stand der Technik;
  • 2a in perspektivischer Darstellung ein Rohrbündel nach dem Stand der Technik mit Blick auf die eine Rohrträgerplatte;
  • 2b in perspektivischer Darstellung das Rohrbündel gemäß 2a mit Blick auf die andere Rohrträgerplatte;
  • 3 im Meridianschnitt ein Rohrbündel gemäß den 2a, 2b nach dem Stand der Technik, eingebettet in ein Gehäuse für die Zufuhr eines Wärmeträgermediums;
  • 4 einen Meridianschnitt durch eine erste Schweißverbindung zwischen einem Innenrohr und einer Rohrträgerplatte in Verbindung mit einem Schweißwerkzeug;
  • 4a in vergrößerter Darstellung eine zur Ausgestaltung der ersten Schweißverbindung gemäß 4 alternative zweite Ausgestaltung;
  • 4b in vergrößerter Darstellung eine zur Ausgestaltung der ersten Schweißverbindung gemäß 4 alternative dritte Ausgestaltung;
  • 5 in vergrößerter Darstellung eine zur Ausgestaltung der ersten Schweißverbindung gemäß 4 alternative vierte Ausgestaltung;
  • 6 in vergrößerter Darstellung eine zur Ausgestaltung der ersten Schweißverbindung gemäß 4 alternative fünfte Ausgestaltung;
  • 7 in perspektivischer Darstellung eine Rohrträgerplatte für sieben Innenrohre;
  • 7a in perspektivischer Darstellung einen Meridianschnitt durch die Rohrträgerplatte gemäß einem in 7 mit „C-C“ gekennzeichneten Schnittverlauf;
  • 7b in Ansicht den Meridianschnitt durch die Rohrträgerplatte gemäß 7a;
  • 8 in perspektivischer Darstellung eine Gesamtansicht der geschlossenen Hilfsvorrichtung ohne Innenrohre;
  • 9 in perspektivischer Darstellung eine Gesamtansicht der geschlossenen Hilfsvorrichtung mit darin festgelegten Innenrohren und
  • 10 eine Ansicht der geschlossenen Hilfsvorrichtung entsprechend einer in 8 mit „G“ gekennzeichneten Blickrichtung.
A more detailed description of the innovation results from the following description and the accompanying figures of the drawing and from the claims. The innovation can be implemented in the most varied of embodiments of an inventive auxiliary device of the generic type. The auxiliary device is described below with reference to the drawing using a preferred exemplary embodiment. Show it
  • 1 in a schematic and perspective view of a tube bundle heat exchanger according to the prior art;
  • 2a a perspective view of a tube bundle according to the prior art with a view of a tube support plate;
  • 2 B in perspective the tube bundle according 2a facing the other tube support plate;
  • 3rd in the meridian section a tube bundle according to the 2a , 2 B according to the prior art, embedded in a housing for the supply of a heat transfer medium;
  • 4th a meridian section through a first welded connection between an inner tube and a tube support plate in connection with a welding tool;
  • 4a in an enlarged representation according to the embodiment of the first welded connection 4th alternative second embodiment;
  • 4b in an enlarged representation according to the embodiment of the first welded connection 4th alternative third embodiment;
  • 5 in an enlarged representation according to the embodiment of the first welded connection 4th alternative fourth embodiment;
  • 6 in an enlarged representation according to the embodiment of the first welded connection 4th alternative fifth embodiment;
  • 7 in perspective a tube support plate for seven inner tubes;
  • 7a a perspective view of a meridian section through the tube support plate according to a in 7 With " CC “Marked cut;
  • 7b in view the meridian section through the tube support plate according to 7a ;
  • 8th a perspective view of an overall view of the closed auxiliary device without inner tubes;
  • 9 a perspective view of an overall view of the closed auxiliary device with inner tubes and fixed therein
  • 10th a view of the closed auxiliary device according to one in 8th With " G “Marked viewing direction.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Rohrbündel-Wärmeaustauschers 100, bei dem in der Regel eine Vielzahl von Rohrbündel 10 mit Verbindungsbogen 5 strömungstechnisch in Reihe geschaltet werden. Das Rohrbündel 10 besteht aus einem Satz mit mehreren Innenrohren 16 (siehe 2a, 2b), die parallel zueinander verlaufen und strömungstechnisch auch parallel geschaltet sind, jeweils endseitig die jeweilige Bohrung in einer ersten und einer zweite Rohrträgerplatte 12, 14 durchdringen, sich dort abstützen und mit ihrem Rohraußendurchmesser an der außenseitigen Stirnfläche der Rohrträgerplatte 12, 14 mit dieser umlaufend verscheißt sind. Jeder Satz Innenrohre 16 ist in einem Außenrohr bzw. Mantelrohr 15 angeordnet (1). Das Produkt, beispielsweise ein Lebensmittelprodukt, wird durch die Innenrohre 16 geleitet, und ein sogenanntes Wärmeträgermedium, beispielsweise Wasser oder Dampf, umströmt die Außenseite der Innenrohre 16 innerhalb des Außenrohres 15. Die 2a, 2b zeigen weiterhin jeweils einen Ringspalt S, der zwischen einem Außendurchmesser jedes Innenrohres 16 und einer jeweils zugeordneten Bohrung innerhalb der Rohrträgerplatte 12, 14 gebildet wird. 1 shows an embodiment of a tube bundle heat exchanger 100 , in which usually a variety of tube bundles 10th with connecting bow 5 fluidically connected in series. The tube bundle 10th consists of a set with several inner tubes 16 (please refer 2a , 2 B) which run parallel to one another and are also connected in parallel in terms of flow technology, in each case at the end the respective bore in a first and a second tube support plate 12th , 14 penetrate, support there and with their tube outer diameter on the outside end face of the tube support plate 12th , 14 with this all around crappy. Each set of inner tubes 16 is in an outer tube or jacket tube 15 arranged ( 1 ). The product, for example a food product, is through the inner tubes 16 passed, and a so-called heat transfer medium, such as water or steam, flows around the outside of the inner tubes 16 inside the outer tube 15 . The 2a , 2 B each show an annular gap S between an outer diameter of each inner tube 16 and a respectively assigned hole within the tube support plate 12th , 14 is formed.

Das aus dem Stand der Technik bekannte Rohrbündel 10 (3 - nur die hier relevanten Bauteile sind bezeichnet; siehe auch DE 94 03 913 U1 ) besteht in seinem mittleren Teil, der unterbrochen dargestellt ist, aus dem einen Außenkanal 15* begrenzenden Außenrohr 15 (bzw. Außenmantel) mit einem, bezogen auf die Darstellungslage, nicht bezeichneten linksseitig angeordneten festlagerseitigen Außenmantelflansch und einem nicht bezeichneten rechtsseitig angeordneten loslagerseitigen Außenmantelflansch. An letzterem schließt sich ein erstes Gehäuse mit einem zweiten Eintritt 22 und an den festlagerseitigen Außenmantelflansch schließt sich ein zweites Gehäuse mit einem zweiten Austritt 24 an. Eine Anzahl n von sich achsparallel zum Außenrohr 15 durch den Außenkanal 15* erstreckenden, gemeinsam einen Innenkanal 16* bildenden Innenrohre 16 ist endseitig jeweils in der linksseitigen Rohrträgerplatte 12, die Teil eines Festlagers ist, und der rechtsseitigen Rohrträgerplatte 14, die Teil eines Loslagers ist, abgestützt und an ihrem Rohraußendurchmesser über eine umlaufende Schweißnaht SN mit dieser verschweißt. Diese Gesamtanordnung ist über eine nicht näher bezeichnete Öffnung am zweiten Gehäuse in das Außenrohr 15 eingeführt und über einen festlagerseitigen Austauscherflansch, der einen ersten Eintritt 18 aufnimmt, mit dem zweiten Gehäuse unter Zwischenschaltung von jeweils einer Dichtung zusammengespannt. Das Innenrohr 16, dessen Innenrohrlängsachse mit R bezeichnet ist, weist eine Innenbohrung 17 mit einem Innendurchmesser D auf. Die festlagerseitige und die loslagerseitige Rohrträgerplatte 12, 14 besitzen eine Plattenrotationsachse A, die koaxial zueinander angeordnet sind und die wiederum bei einem zentralen Innenrohr 16 zu dessen Innenrohrlängsachse R koaxial verlaufen. Die loslagerseitige Rohrträgerplatte 14 ist mit einem loslagerseitigen Anschlussstutzen verbunden, der einen ersten Austritt 20 aufnimmt.The tube bundle known from the prior art 10th ( 3rd - only the components relevant here are identified; see also DE 94 03 913 U1 ) consists in its middle part, which is shown interrupted, of the one outer channel 15 * limiting outer tube 15 (or outer jacket) with a non-designated, on the left-hand side, the outer jacket flange arranged on the bearing side and an unsigned, on the right side, the floating jacket outer jacket flange. A first housing with a second inlet connects to the latter 22 and a second housing with a second outlet closes on the outer casing flange on the fixed bearing side 24th at. A number n axially parallel to the outer tube 15 through the outer channel 15 * extending, together an inner channel 16 * forming inner tubes 16 is at the end in the left-hand tube support plate 12th , which is part of a fixed bearing, and the right-hand pipe support plate 14 , which is part of a floating bearing, supported and on its outer tube diameter via a circumferential weld SN welded to this. This overall arrangement is in the outer tube through an unspecified opening on the second housing 15 introduced and via a fixed-side exchanger flange, which is a first entry 18th records, clamped together with the second housing with the interposition of a seal. The inner tube 16 , whose inner tube longitudinal axis is denoted by R, has an inner bore 17th with an inner diameter D on. The fixed bearing side and the floating bearing side tube support plate 12th , 14 have a plate rotation axis A , which are arranged coaxially to each other and which in turn with a central inner tube 16 to its inner tube longitudinal axis R run coaxially. The tube support plate on the floating bearing side 14 is connected to a connecting piece on the floating bearing side, which has a first outlet 20th records.

Abhängig von der Anordnung des jeweiligen Rohrbündels 10 im Rohrbündel-Wärmeaustauscher 100 und seiner jeweiligen Beschaltung können die Innenrohre 16, bezogen auf die Darstellungslage, über den ersten Eintritt 18 entweder von links nach rechts zum ersten Austritt 20 oder umgekehrt von einem ersten Produkt P1, das wärmebehandelt werden soll, durchströmt werden. Beim jeweils benachbarten Rohrbündel 10, das mit dem vorstehend beschriebenen Rohrbündel 10 jeweils über den Verbindungsbogen 5 in Reihe geschaltet ist, kehren sich diese Ein- und Austrittsverhältnisse jeweils entsprechend um.Depending on the arrangement of the respective tube bundle 10th in the tube bundle heat exchanger 100 and its respective wiring, the inner tubes 16 , based on the presentation, about the first entry 18th either left to right to the first exit 20th or vice versa from a first product P1 which is to be heat-treated are flowed through. At the neighboring tube bundle 10th that with the tube bundle described above 10th each over the connecting arch 5 is connected in series, these entry and exit conditions are reversed accordingly.

Der Außenkanal 15* kann von einem Wärmeträgermedium wie Wasser oder Dampf beaufschlagt sein. Bei einem sogenannten Wärmeaustausch Produkt-zu-Produkt ist das Wärmeträgermedium ein zweites Produkt P2. Die Durchströmung des Außenkanals 15* kann vom zweiten Eintritt 22 zum zweiten Austritt 24 oder umgekehrt erfolgen. Abhängig von der Orientierung der Strömungsführung in den Innenrohren 16 und im Innenkanal 15* liegt dann ein Wärmeaustausch im Gleich- oder im Gegenstrom vor.The outer channel 15 * can be exposed to a heat transfer medium such as water or steam. In a so-called heat exchange product-to-product, the heat transfer medium is a second product P2 . The flow through the outer channel 15 * can from the second entry 22 to the second exit 24th or vice versa. Depending on the orientation of the flow in the inner tubes 16 and in the inner channel 15 * then there is a heat exchange in cocurrent or in countercurrent.

Bei einem Wärmeaustausch Produkt-zu-Produkt ist der Ringspalt S, der bereits im Zusammenhang mit den 2a, 2b thematisiert wurde, reinigungskritisch, weil das zweite Produkt P2, das während der Produktfahrt hier eindringen kann, nur durch eine überdosierte CIP-Reinigung vollständig oder hierbei sogar unter besonders schwierigen Bedingungen nicht hinreichend abgereinigt werden kann.In the case of a product-to-product heat exchange, the annular gap is S who is already related to the 2a , 2 B was discussed, cleaning-critical, because the second product P2 , which can penetrate here during the product journey, can only be completely cleaned off by overdosed CIP cleaning or cannot be adequately cleaned even under particularly difficult conditions.

SchweißverbindungenWelded joints

Der in den 2a, 2b und 3 offenbarte Ringspalt S wird beseitigt, wenn die Schweißverbindung zwischen dem Innenrohr 16 und der Rohrträgerplatte 12, 14, wie anhand einer ersten Schweißverbindung in 4 gezeigt und an sich bekannt ist, ausgestaltet ist. Die erste Schweißverbindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Innenrohr 16 mit seiner Innenbohrung 17 in einer Ebene senkrecht zu der Innenrohrlängsachse R mit einer dem Innenrohr 16 zugewandten Stirnseite der scheibenförmigen Rohrträgerplatte 12, 14, die eine ebensolche Innenbohrung 17 aufweist, verbunden ist. Die Innenbohrung 17 des Innenrohres 16 und jene der Rohrträgerplatte 12, 14 weisen gleichgroße Innendurchmesser D auf und sind miteinander fluchtend ausgerichtet. Eine umlaufende Rundschweißnaht 36 ist, bezogen auf die Rohrträgerplatte 12, 14, um einen vorgelagerten axialen Formschlussabstand B2 eines ersten Formschlusses F1 von der Rohrträgerplatte 12, 14 entfernt positioniert, wobei die Rohrträgerplatte 12, 14 in diesem Bereich bis auf eine Rohrwandstärke d ausgehalst ist.The one in the 2a , 2 B and 3rd disclosed annular gap S is eliminated when the welded joint between the inner tube 16 and the tube support plate 12th , 14 , as in a first welded connection in 4th shown and known per se, is designed. The first welded joint is characterized by the fact that the inner tube 16 with its inner bore 17th in a plane perpendicular to the inner tube longitudinal axis R with a the inner tube 16 facing end of the disc-shaped tube support plate 12th , 14 which has the same internal bore 17th has connected. The inner bore 17th of the inner tube 16 and that of the tube support plate 12th , 14 have the same internal diameters D and are aligned with each other. A circumferential circular weld 36 is related to the pipe support plate 12th , 14 to one upstream axial form fit distance B2 a first form fit F1 from the pipe support plate 12th , 14 positioned away with the pipe support plate 12th , 14 in this area except for a tube wall thickness d endured.

In einer unverschweißten Ausgangslage sind das Innenrohr 16 und die Rohrträgerplatte 12, 14 durch den ersten Formschluss F1, der radial sowie axial und gegeneinander gerichtet wirksam ist, zueinander festgelegt. Hierzu weist die rohrförmige Aushalsung der Rohrträgerplatte 12, 14 einen zur Innenrohrlängsachse R koaxial orientierten plattenseitigen Innenrezess 26 auf, der in axialer Richtung eine axiale Formschlusstiefe B1 besitzt und der einen rohrseitigen Außenrezess 32, der die gleiche Formschlusstiefe B1 besitzt, außenseits und koaxial umgreift.The inner tube is in an unwelded starting position 16 and the pipe support plate 12th , 14 through the first form fit F1 , which is effective radially and axially and directed against each other, fixed to each other. For this purpose, the tubular necking of the tube support plate 12th , 14 one to the inner tube longitudinal axis R coaxially oriented plate-side internal recess 26 on, which has an axial form-fitting depth in the axial direction B1 and has a tube-side external recess 32 that has the same form fit depth B1 owns, encompasses outside and coaxially.

Ein Schweißwerkzeug 40 ist in Richtung der Innenrohrlängsachse R in die Innenbohrung 17 eingeführt und führt mit einer senkrecht zur Innenbohrung 17 orientierten Schweißelektrode 42 die umlaufende Rundschweißnaht 36 mit einer orbitalen Bewegung U, einlagig und durchgängig von innen bis außen aus. Dabei wird eine Schweißnahtbreite b der umlaufenden Rundschweißnaht 36 so eingerichtet, dass sie mindestens die axiale Formschlusstiefe B1 des ersten Formschlusses F1 erfasst.A welding tool 40 is in the direction of the inner tube longitudinal axis R into the inner bore 17th introduced and leads with a perpendicular to the inner bore 17th oriented welding electrode 42 the all-round circular weld 36 with an orbital movement U , single-layer and consistent from the inside to the outside. This creates a weld seam width b the circumferential circular weld 36 set up so that it has at least the axial positive locking depth B1 the first form closure F1 detected.

Im Verlauf der einzelnen Schweißung und über die gesamte Schweißabfolge aller Schweißungen für einen Satz Innenrohre 16, die mit der zugeordneten Rohrträgerplatte 12, 14 zu verschweißen sind, werden die Innenrohre 16 und die Rohrträgerplatte 12, 14 mit einer Anpresskraft PR gegeneinander gepresst.In the course of the individual weld and over the entire welding sequence of all welds for a set of inner tubes 16 that with the associated pipe support plate 12th , 14 the inner tubes are to be welded 16 and the pipe support plate 12th , 14 with a contact pressure PR pressed against each other.

Bei dem zum Einsatz kommenden Innenrohr 16 mit dem Innendurchmesser D, der Rohrwandstärke d sowie einer Innenrohrlänge L handelt es sich um ein schlankes, dünnwandiges Innenrohr 16, das mit der massiven Rohrträgerplatte 12, 14, die eine Plattenwandstärke B besitzt, zu verschweißen ist. Die konkreten quantitativen jeweiligen Abmessungen sind von der Größe des Rohrbündels 10 und von dessen Wärmeübertragungsleistung abhängig und können daher in einer allgemeinen Betrachtung nur durch die folgenden Verhältnisse der Abmessungen angegeben werden: D / d > 10 ; L / D > 100  und B / d > 10.

Figure DE202020000985U1_0001
With the inner tube used 16 with the inside diameter D , the pipe wall thickness d and an inner tube length L is a slim, thin-walled inner tube 16 that with the massive tube support plate 12th , 14 which is a panel wall thickness B has to be welded. The specific quantitative respective dimensions depend on the size of the tube bundle 10th and depending on its heat transfer capacity and can therefore only be given in a general view by the following proportions of dimensions: D / d > 10th ; L / D > 100 and B / d > 10th
Figure DE202020000985U1_0001

4a zeigt eine zweite Schweißverbindung zwischen dem Innenrohr 16 mit der Innenbohrung 17 und der Rohrträgerplatte 12, 14 mit der durchmessergleichen Innenbohrung 17. In einer unverschweißten Ausgangslage sind das Innenrohr 16 mit der Rohrwandstärke d und die Rohrträgerplatte 12, 14 durch den ersten Formschluss F1, der radial sowie axial und gegeneinander gerichtet wirksam ist, zueinander festgelegt. Hierzu weist die rohrförmige Aushalsung der Rohrträgerplatte 12, 14 mit ihrem vorgelagerten axialen Formschlussabstand B2 einen zur Innenrohrlängsachse R koaxial orientierten plattenseitigen Außenrezess 28 mit einer Rezesswandstärke a auf, der in axialer Richtung die axiale Formschlusstiefe B1 besitzt und der in einen rohrseitigen Innenrezess 30, der die gleiche Formschlusstiefe B1 besitzt, innenseits und koaxial eingreift. 4a shows a second welded connection between the inner tube 16 with the inner bore 17th and the tube support plate 12th , 14 with the same diameter inner bore 17th . The inner tube is in an unwelded starting position 16 with the tube wall thickness d and the pipe support plate 12th , 14 through the first form fit F1 , which is effective radially and axially and directed against each other, fixed to each other. For this purpose, the tubular necking of the tube support plate 12th , 14 with their upstream axial form-fit distance B2 one to the inner tube longitudinal axis R coaxially oriented plate-side external recess 28 with a recess wall thickness a on, the axial form-fitting depth in the axial direction B1 and that in a tube-side internal recess 30th that has the same form fit depth B1 owns, intervenes inside and coaxially.

Eine dritte Schweißverbindung zwischen dem Innenrohr 16 mit der Innenbohrung 17 und der Rohrträgerplatte 12, 14 mit der durchmessergleichen Innenbohrung 17 ist in 4b dargestellt. Hier befindet sich zur Realisierung des ersten Formschlusses F1 nur in der Aushalsung der Rohrträgerplatte 12, 14 der plattenseitige Innenrezess 26, der die volle Rohrwandstärke d mit die axiale Formschlusstiefe B1 außenseits koaxial umgreift, wobei die radiale Abmessung der Wandstärke der Aushalsung, die sich über den vorgelagerten axialen Formschlussabstand B2 erstreckt, die Rohrwandstärke d um die Rezesswandstärke a übersteigt.A third weld connection between the inner tube 16 with the inner bore 17th and the tube support plate 12th , 14 with the same diameter inner bore 17th is in 4b shown. This is where the first form fit is realized F1 only in the neck of the tube support plate 12th , 14 the plate-side internal recess 26 which is the full pipe wall thickness d with the axial form-fit depth B1 encompasses coaxially on the outside, the radial dimension of the wall thickness of the neck, which extends over the upstream axial interlocking distance B2 extends the pipe wall thickness d around the recess wall thickness a exceeds.

In einer vierten Schweißverbindung (5) und in einer fünften Schweißverbindung (6) greift zur Realisierung des ersten Formschlusses F1 das Innenrohr 16, das in seiner Innenbohrung 17 den gleichen Innendurchmesser D wie die Innenbohrung 17 in der Rohrträgerplatte 12, 14 aufweist, mit der vollen Rohrwandstärke d und mit der axialen Formschlusstiefe B1 unmittelbar in die Stirnfläche der Rohrträgerplatte 12, 14 ein. Bei der Ausführung gemäß 5 ist die axiale Formschlusstiefe B1 des plattenseitigen Innenrezesses 26 so bemessen, dass sich die notwendige Schweißnahtbreite b der umlaufenden Rundschweißnaht 36 nur zu einem Teil innerhalb der Rohrträgerplatte 12, 14 befindet und zum anderen Teil einen Abschnitt des außenseits freien Innenrohres 16 erfasst. Bei der Ausführung gemäß 6 ist die axiale Formschlusstiefe B1 des plattenseitigen Innenrezesses 26 maximal, und zwar derart bemessen, dass die notwendige Schweißnahtbreite b die axiale Formschlusstiefe B1 vollständig erfasst und somit vollständig in die Rohrträgerplatte 12, 13, von der Seite des Innenrohres 16 aus gesehen, eingreift.In a fourth welded joint ( 5 ) and in a fifth welded joint ( 6 ) uses the first form closure F1 the inner tube 16 that in its inner bore 17th the same inside diameter D like the inner hole 17th in the tube support plate 12th , 14 has, with the full pipe wall thickness d and with the axial form-fit depth B1 directly into the end face of the tube support plate 12th , 14 a. When executed according to 5 is the axial form-fit depth B1 of the internal recess on the plate side 26 dimensioned so that the necessary weld width b the circumferential circular weld 36 only partially within the tube support plate 12th , 14 is located and the other part of a section of the outside free inner tube 16 detected. When executed according to 6 is the axial form-fit depth B1 of the internal recess on the plate side 26 maximum, and dimensioned such that the necessary weld width b the axial form-fit depth B1 completely captured and thus completely in the tube support plate 12th , 13 , from the side of the inner tube 16 seen from intervenes.

Zur Vermeidung eines unstetigen, im vorliegenden Falle eines sprunghaft sich verändernden Querschnittsverlaufs der zu verschweißenden Wandstärken ist die vierte Schweißverbindung gemäß 5 dadurch gegenüber der fünften Schweißverbindung gemäß 6 modifiziert, dass die Rohrträgerplatte 12, 14 radial außenseits von der umlaufenden Rundschweißnaht 36 eine umlaufende, axial sich erstreckende, ringspaltförmige plattenseitige Ausnehmung 34 aufweist. Diese ist hinsichtlich ihrer radialen Lage und Breite so ausgebildet, dass die mit der umlaufenden Rundschweißnaht 36 zu verschweißende Wandstärke der Rohrträgerplatte 12, 14 einen Wert annimmt, der zwischen der einfachen bis zur zweifachen Rohrwandstärke d liegt (siehe auch 7a, 7b).In order to avoid a discontinuous, in the present case an abruptly changing cross-sectional profile of the wall thicknesses to be welded, the fourth weld connection is in accordance with 5 thereby compared to the fifth welded joint 6 modified that the tube support plate 12th , 14 radially outside of the circumferential circular weld 36 a circumferential, axially extending, annular gap-shaped plate-side recess 34 having. With regard to its radial position and width, this is designed in such a way that that with the circumferential circular weld seam 36 Wall thickness of the pipe support plate to be welded 12th , 14 assumes a value between the simple to the double pipe wall thickness d lies (see also 7a , 7b) .

Die in den 4, 4a, 4b, 5 und 6 beschriebenen Schweißverbindungen werden aufgabengemäß mit einer neuerungsgemäßen Hilfsvorrichtung 50 (8, 9 und 10) realisiert. Das mit der Hilfsvorrichtung 50 durchführbare Verfahren geht davon aus, dass die Rohrträgerplatte 12, 14 durch die Vorgabe von mehr als einer Innenbohrung 17 ein Rohrbelegungsmuster M festlegt (7) für die Anordnung zugeordneter, parallel zueinander angeordneter Innenrohre 16. Die Plattenrotationsachse A der Rohrträgerplatte 12, 14 muss nicht notwendigerweise mit einem Innenrohr 16 belegt sein. Die limitierende Begrenzung für eine Anzahl n Innenrohre 16 ist dann gegeben, wenn ein einzig möglicher Teilkreis T (10; eine mehrfache Teilkreisanordnung ist mit der vorgeschlagenen Hilfsvorrichtung 50 nicht realisierbar) die auf diesem anzuordnenden Innenrohre 16 unter den gebotenen Wärmeübertragungsbedingungen (notwendige Abstände der Innenrohre 16 voneinander) nicht mehr aufnehmen kann.The in the 4th , 4a , 4b , 5 and 6 Welded connections described are task with an innovative device according to the invention 50 ( 8th , 9 and 10th ) realized. That with the auxiliary device 50 feasible process assumes that the pipe support plate 12th , 14 by specifying more than one inner hole 17th a pipe layout pattern M specifies ( 7 ) for the arrangement of assigned inner tubes arranged parallel to each other 16 . The plate rotation axis A the tube support plate 12th , 14 does not necessarily have to have an inner tube 16 be occupied. The limiting limit for a number n Inner tubes 16 is given if there is only one possible partial circle T ( 10th ; a multiple pitch circle arrangement is with the proposed auxiliary device 50 not realizable) the inner tubes to be arranged on this 16 under the given heat transfer conditions (necessary distances of the inner pipes 16 from each other) can no longer record.

Die Hilfsvorrichtung 50 legt die jeweils notwendige Anzahl n Innenrohre 16 in Gänze entsprechend dem Rohrbelegungsmuster M zueinander und im jeweiligen ersten Formschluss F1 mit der Rohrträgerplatte 12, 14 mittels eines zweiten Formschlusses F2 unverrückbar fest (9, 10). Über die Zeitdauer der Schweißungen für alle Innenrohre 16 wird die Rohrträgerplatte 12, 14 in Richtung der Innenrohrlängsachsen R an die Innenrohre 16 mit einer Anpresskraft PR angepresst (9; Rohrträgerplatte 12, 14 ist nicht dargestellt) und es werden die Innenrohre 16 nacheinander mit der Rohrträgerplatte 12, 14 verschweißt.The auxiliary device 50 sets the necessary number n Inner tubes 16 in accordance with the pipe layout pattern M to each other and in the respective first positive connection F1 with the pipe support plate 12th , 14 by means of a second positive connection F2 immovably firm ( 9 , 10th ). Over the duration of the welds for all inner tubes 16 becomes the pipe support plate 12th , 14 in the direction of the inner tube longitudinal axes R to the inner tubes 16 with a contact pressure PR pressed on ( 9 ; Pipe support plate 12th , 14 is not shown) and there are the inner tubes 16 one after the other with the pipe support plate 12th , 14 welded.

Eine Schweißabfolge sieht diesbezüglich vor, dass, falls vorhanden, zunächst das zentrale Innenrohr 16 und anschließend die auf dem Teilkreis T um das zentrale Innenrohr 16 herum angeordneten außenliegenden Innenrohre 16, jeweils in gegenüberliegender Abfolge, mit der Rohrträgerplatte 12, 14 verschweißt werden.In this regard, a welding sequence provides that, if present, first the central inner tube 16 and then the one on the pitch circle T around the central inner tube 16 external inner tubes arranged around 16 , each in the opposite sequence, with the tube support plate 12th , 14 be welded.

Die neuerungsgemäße Hilfsvorrichtung 50 (8, 9, 10) ermöglicht eine Schweißverbindung, die folgendermaßen ausgestaltet ist:

  • Das Innenrohr 16 mit seiner Innenbohrung 17 ist in einer Ebene senkrecht zu der Innenrohrlängsachse R mit einer Stirnseite der scheibenförmigen Rohrträgerplatte 12, 14 , die eine ebensolche Innenbohrung 17 aufweist, verbunden.
  • Die Innenbohrung 17 des Innenrohres 16 und jene der Rohrträgerplatte 12, 14 weisen gleichgroße Innendurchmesser D auf und sind miteinander fluchtend ausgerichtet.
  • • In einer unverschweißten Ausgangslage sind das Innenrohr 16 und die Rohrträgerplatte 12, 14 mit dem ersten Formschluss F1, der radial sowie axial und gegeneinander gerichtet wirksam ist, zueinander festgelegt.
  • Die umlaufende Rundschweißnaht 36 ist orbital, von der Innenbohrung 17 ausgehend, einlagig und durchgängig von innen bis außen ausgeführt.
  • • Die Schweißnahtbreite b der umlaufenden Rundschweißnaht 36 erfasst mindestens die axiale Formschlusstiefe B1 des ersten Formschlusse F1.
The auxiliary device according to the innovation 50 ( 8th , 9 , 10th ) enables a welded connection that is designed as follows:
  • • The inner tube 16 with its inner bore 17th is in a plane perpendicular to the inner tube longitudinal axis R with an end face of the disc-shaped tube support plate 12th , 14 which has the same internal bore 17th has connected.
  • • The inner bore 17th of the inner tube 16 and that of the tube support plate 12th , 14 have the same internal diameters D and are aligned with each other.
  • • The inner tube is in an unwelded starting position 16 and the pipe support plate 12th , 14 with the first positive locking F1 , which is effective radially and axially and directed against each other, fixed to each other.
  • • The all-round circular weld 36 is orbital, from the inner bore 17th outgoing, single-layer and continuous from the inside to the outside.
  • • The weld width b the circumferential circular weld 36 records at least the axial form-fit depth B1 of the first form closure F1 .

Die Hilfsvorrichtung 50 besteht aus einer ersten und einer zweiten Halteringhälfte 50.1, 50.2, die nach einer Fügung miteinander einen geschlossenen Ring bilden. Die Halteringhälften 50.1, 50.2 berühren sich in einer Trennebene E, die durch ein Zentrum Z der Hilfsvorrichtung 50 verläuft, und in dieser Trennebene E bilden die Halteringhälften 50.1, 50.2 über eine Trennebenekontur 50.1a und eine Trennebenegegenkontour 50.2a (8, 10) den unverschieblichen zweiten Formschluss F2 miteinander.The auxiliary device 50 consists of a first and a second retaining ring half 50.1 , 50.2 which form a closed ring together after joining. The retaining ring halves 50.1 , 50.2 touch in a dividing plane E going through a center Z the auxiliary device 50 runs, and in this parting plane E form the retaining ring halves 50.1 , 50.2 over a parting line contour 50.1a and a parting line opposite contour 50.2a ( 8th , 10th ) the immovable second form fit F2 together.

Vorzugsweise legt der zweite Formschluss F2 die erste und die zweite Halbringhälfte 50.1, 50.2 in radialer Richtung zueinander fest. Die erste und die zweite Halbringhälfte 50.1, 50.2 sind darüber hinaus vorteilhaft durch eine am Umfang der ersten und der zweiten Halbringhälfte 50.1, 50.2 angeordnete Verbindungsschraube 56, die diametral zueinander angeordnet sind, lösbar miteinander verbunden. Dadurch wird der radial orientierte zweite Formschluss F2 zusätzlich fixiert und eine axiale Verschiebung der Halteringhälften 50.1, 50.2 gegeneinander verhindert.Preferably, the second form fit F2 the first and second half-ring halves 50.1 , 50.2 fixed in the radial direction to each other. The first and second half-ring halves 50.1 , 50.2 are also advantageous due to the circumference of the first and second half-ring halves 50.1 , 50.2 arranged connecting screw 56 , which are arranged diametrically to each other, releasably connected together. As a result, the radially oriented second form fit F2 additionally fixed and an axial displacement of the retaining ring halves 50.1 , 50.2 against each other prevented.

Die Rohrträgerplatte 12, 14 legt durch die Vorgabe von mehr als einer in ihr vorgesehenen Innenbohrung 17 das Rohrbelegungsmuster M fest für die Anordnung parallel zueinander angeordneter Innenrohre 16 (7, 7a, 7b). Das Rohrbelegungsmuster M ist in den Halteringhälften 50.1, 50.2 derart abgebildet, dass auf dem einzigen Teilkreis T gleichverteilt angeordnete Innenrohre 16 jeweils maximal halbseitig von den Halteringhälften 50.1, 50.2 umschlossen sind (10), wobei die Öffnung der jeweils umschließenden Kontur dem Zentrum Z der Hilfsvorrichtung 50 zugewandt ist. Die Trennebene E verläuft zusätzlich durch mindestens eine auf dem Teilkreis T liegende Innenrohrlängsachse R eines Innenrohres 16. Es sind Haltebolzen 52 vorgesehen, die jeweils am Umfang der Halteringhälften 50.1, 50.2 und mit einer Haltebolzenlängsachse r sternförmig zum Zentrum Z hin orientiert in die Halteringhälften 50.1, 50.2 verschieblich in Richtung der Halteringlängsachse r eingreifen. Die Haltebolzen 52 tangieren mit ihrer Mantelfläche jeweils auf dem Teilkreis T angeordnete, benachbarte Innenrohre 16. Die Haltebolzen 52 legen mit ihrer jeweiligen dem Zentrum Z zugewandten Stirnseite erforderlichenfalls ein im Zentrum Z angeordnetes Innenrohr 16 festlegen und sind in dieser Position selbst jeweils lösbar festgelegt (10). Die Haltebolzen 52 sind vorzugsweise jeweils durch eine Feststellschraube 54 in der zugeordneten Halteringhälfte 50.1, 50.2 unverrückbar festgelegt.The pipe support plate 12th , 14 sets by specifying more than one internal bore provided in it 17th the pipe layout pattern M fixed for the arrangement of inner tubes arranged parallel to each other 16 ( 7 , 7a , 7b) . The pipe layout pattern M is in the retaining ring halves 50.1 , 50.2 mapped so that on the single pitch circle T evenly distributed inner tubes 16 each half of the retaining ring halves at most 50.1 , 50.2 are enclosed ( 10th ), the opening of the respective surrounding contour the center Z the auxiliary device 50 is facing. The parting line E additionally runs through at least one on the pitch circle T horizontal inner tube longitudinal axis R an inner tube 16 . They are holding bolts 52 provided, each on the circumference of the retaining ring halves 50.1 , 50.2 and with a retaining pin longitudinal axis r star-shaped towards the center Z oriented towards the halves of the retaining ring 50.1 , 50.2 slidable in the direction of the longitudinal axis of the retaining ring r intervention. The retaining bolts 52 touch with their lateral surface on the pitch circle T arranged, adjacent inner tubes 16 . The retaining bolts 52 put with their respective the center Z facing end face if necessary in the center Z arranged inner tube 16 and are releasably set in this position ( 10th ). The retaining bolts 52 are preferably each by a locking screw 54 in the assigned retaining ring half 50.1 , 50.2 fixed immovably.

Im Ausführungsbeispiel einer besonders vorteilhaften Rohrbelegung gemäß den 7, 7a, 7b sind sieben Innenbohrungen 17 vorgesehen, wobei sich eine Innenbohrung 17 koaxial zur Plattenrotationsachse A der Rohrträgerplatte 12, 14 befindet und sechs Innenbohrungen 17 gleichverteilt auf dem Teilkreis T (8, 9, 10) angeordnet sind. In diesem Falle verläuft die Trennebene E zusätzlich durch zwei diametral zueinander angeordnete Innenrohre 16 (10).In the embodiment of a particularly advantageous pipe assignment according to the 7 , 7a , 7b are seven inner holes 17th provided, with an inner bore 17th coaxial to the plate rotation axis A the tube support plate 12th , 14 and six inner holes 17th evenly distributed on the pitch circle T ( 8th , 9 , 10th ) are arranged. In this case the parting line runs E additionally through two diametrically arranged inner tubes 16 ( 10th ).

Die Festlegung der Innenrohre 16 in der Hilfsvorrichtung 50 durch Haltebolzen 52 kann auch in anderer als in der vorstehend beschriebenen Weise erfolgen, beispielsweise durch verschiebliche und fixierbare Formstücke, die in axialer Richtung von der der Rohrträgerplatte 12, 14 abgewandten Seite in eine ringförmige, lösbar teilbare Hilfsvorrichtung 50 zwischen die Innenrohre 16 eingelegt werden und die Innenrohre unverrückbar festlegen. Jedwede Ausgestaltung der Hilfsvorrichtung 50, die den Satz Innenrohre 16 während der Schweißabfolge unverrückbar festlegt und die Innenrohre 16 in Gänze dabei im ersten Formschluss F1 gegenüber der Rohrträgerplatte 12, 14 justiert und gegen letztere mit der Anpresskraft PR anpresst, ermöglicht die Durchführung des Verfahrens für Schweißverbindungen zwischen Innenrohren 16 und Rohrträgerplatten 12, 14 eines Rohrbündels 10 für einen Produkt-zu-Produkt-Rohrbündel-Wärmeaustauscher.The definition of the inner tubes 16 in the auxiliary device 50 through retaining bolts 52 can also be carried out in a manner other than that described above, for example by means of displaceable and fixable shaped pieces which extend in the axial direction from that of the tube support plate 12th , 14 opposite side in an annular, detachably divisible auxiliary device 50 between the inner tubes 16 be inserted and fix the inner tubes immovably. Any configuration of the auxiliary device 50 that have the set of inner tubes 16 during the welding sequence immovably and the inner tubes 16 entirely in the first form fit F1 opposite the pipe support plate 12th , 14 adjusted and against the latter with the contact pressure PR pressed, enables the procedure for welded connections between inner tubes to be carried out 16 and tube support plates 12th , 14 of a tube bundle 10th for a product-to-product tube bundle heat exchanger.

Die vorliegende Neuerung beansprucht weiterhin ein Rohrbündel 10 für einen Produkt-zu-Produkt-Rohrbündel-Wärmeaustauscher 100, wie es in seinem grundsätzlichen Aufbau im Stand der Technik bekannt und in der 3 in Verbindung mit den 2a, 2b dargestellt ist. Im Gegensatz zu dieser bekannten Ausführung wird der kritische Ringspalt S dadurch vermieden, dass das Rohrbündel 10 in diesem Bereich mit einer Hilfsvorrichtung 50 für ein Verfahren für Schweißverbindungen zwischen Innenrohren 16 und Rohrträgerplatten 12, 14 nach einem der Ansprüche 1 bis 8 geschweißt ist.The present innovation further claims a tube bundle 10th for a product-to-product tube bundle heat exchanger 100 , as it is known in its basic structure in the prior art and in the 3rd in connection with the 2a , 2 B is shown. In contrast to this known version, the critical annular gap S thereby avoiding the tube bundle 10th in this area with an auxiliary device 50 for a process for welded connections between inner tubes 16 and tube support plates 12th , 14 is welded according to one of claims 1 to 8.

Die vorliegende Neuerung beansprucht weiterhin einen Produkt-zu-Produkt-Rohrbündel-Wärmeaustauscher mit wenigstens einem Rohrbündel 10, wie es in seinem grundsätzlichen Aufbau im Stand der Technik bekannt und in der 3 in Verbindung mit den 2a, 2b dargestellt ist. Im Gegensatz zu dieser bekannten Ausführung wird der kritische Ringspalt S dadurch vermieden, dass das Rohrbündel 10 in diesem Bereich nach Anspruch 9 geschweißt ist.The present innovation further claims a product-to-product tube bundle heat exchanger with at least one tube bundle 10th , as it is known in its basic structure in the prior art and in the 3rd in connection with the 2a , 2 B is shown. In contrast to this known version, the critical annular gap S thereby avoiding the tube bundle 10th is welded in this area according to claim 9.

BezugszeichenlisteReference symbol list

100100
Rohrbündel-WärmeaustauscherTube bundle heat exchanger
55
VerbindungsbogenConnecting elbow
1010th
RohrbündelTube bundle
1212
erste Rohrträgerplattefirst tube support plate
1414
zweite Rohrträgerplatte second tube support plate
1515
AußenrohrOuter tube
15*15 *
Außenkanal Outer channel
1616
InnenrohrInner tube
16*16 *
Innenkanal Inner channel
1717th
InnenbohrungInner bore
1818th
erster Eintrittfirst entry
2020th
erster Austrittfirst exit
2222
zweiter Eintrittsecond entry
2424th
zweiter Austrittsecond exit
2626
plattenseitiger InnenrezessInternal recess on the plate side
2828
plattenseitiger AußenrezessExternal recess on the plate side
3030th
rohrseitiger Innenrezesstube-side internal recess
3232
rohrseitiger Außenrezesstube-side external recess
3434
plattenseitige Ausnehmungplate-side recess
3636
umlaufende Rundschweißnaht all-round circular weld
4040
SchweißwerkzeugWelding tool
4242
Schweißelektrode Welding electrode
5050
HilfsvorrichtungAuxiliary device
50.150.1
erste Halteringhälftefirst retaining ring half
50.1a50.1a
TrennebenekonturParting line contour
50.250.2
zweite Halteringhälftesecond retaining ring half
50.2a50.2a
TrennebenegegenkonturSeparating plane counter contour
5252
HaltebolzenRetaining bolt
5454
FeststellschraubeLocking screw
5656
Verbindungsschraube Connecting screw
AA
PlattenrotationsachsePlate rotation axis
BB
PlattenwandstärkePanel wall thickness
B1B1
axiale Formschlusstiefeaxial form fit depth
B2B2
vorgelagerter axialer Formschlussabstand upstream axial form fit distance
DD
InnendurchmesserInside diameter
E E
TrennebeneDividing plane
F1F1
erster Formschlussfirst positive locking
F2F2
zweiter Formschlusssecond form fit
LL
InnenrohrlängeInner tube length
MM
RohrbelegungsmusterPipe assignment pattern
P1P1
erstes Produktfirst product
P2P2
zweites Produktsecond product
PRPR
AnpresskraftContact pressure
RR
InnenrohrlängsachseInner tube longitudinal axis
SS
RingspaltAnnular gap
SNSN
SchweißnahtWeld
TT
TeilkreisPitch circle
UU
orbitale Bewegungorbital movement
ZZ
Zentrum center
aa
RezesswandstärkeRecess wall thickness
bb
SchweißnahtbreiteWeld width
dd
RohrwandstärkePipe wall thickness
nn
Anzahl (Innenrohre; Innenbohrungen)Number (inner tubes; inner bores)
rr
Haltebolzenlängsachse Retaining pin longitudinal axis
D/d > 10D / d> 10
Verhältnis des Innendurchmessers des Innenrohres zur RohrwandstärkeRatio of the inner diameter of the inner tube to the tube wall thickness
L/D > 100L / D> 100
Verhältnis der Innenrohrlänge zum Innendurchmesser des InnenrohresRatio of the inner tube length to the inner diameter of the inner tube
B/d > 10B / d> 10
Verhältnis der Plattenwandstärke zur RohrwandstärkeRatio of plate wall thickness to pipe wall thickness

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • JP 2020117121 [0007]JP 2020117121 [0007]
  • US 2996600 A [0008]US 2996600 A [0008]
  • WO 2014060425 A1 [0009]WO 2014060425 A1 [0009]
  • DE 9403913 U1 [0025]DE 9403913 U1 [0025]

Claims (10)

Hilfsvorrichtung (50) für ein Verfahren für Schweißverbindungen zwischen Innenrohren (16) und Rohrträgerplatten (12, 14) eines Rohrbündels (10) für einen Produkt-zu-Produkt-Rohrbündel-Wärmeaustauscher (100), wobei die Schweißverbindung in an sich bekannter Weise derart ausgestaltet ist, • dass das Innenrohr (16) mit seiner Innenbohrung (17) in einer Ebene senkrecht zu einer Innenrohrlängsachse (R) mit einer Stirnseite der scheibenförmigen Rohrträgerplatte (12, 14), die eine ebensolche Innenbohrung (17) aufweist, verbunden ist, • dass die Innenbohrung (17) des Innenrohres (16) und jene der Rohrträgerplatte (12, 14) gleichgroße Innendurchmesser (D) aufweisen und miteinander fluchtend ausgerichtet sind, • dass in einer unverschweißten Ausgangslage das Innenrohr (16) und die Rohrträgerplatte (12, 14) mit einem ersten Formschluss (F1), der radial sowie axial und gegeneinander gerichtet wirksam ist, zueinander festgelegt sind, • dass eine umlaufende Rundschweißnaht (36) orbital, von der Innenbohrung (17) aus, einlagig und durchgängig von innen bis außen ausgeführt ist und • dass eine Schweißnahtbreite (b) der umlaufenden Rundschweißnaht (36) mindestens eine axiale Formschlusstiefe (B1) des ersten Formschlusses (F1) erfasst, dadurch gekennzeichnet, • dass eine erste und eine zweite Halteringhälfte (50.1, 50.2) vorgesehen sind, die einen geschlossenen Ring bilden, • dass sich die Halteringhälften (50.1, 50.2) in einer Trennebene (E), die durch ein Zentrum (Z) der Hilfsvorrichtung (50) verläuft, berühren und dass in der Trennebene (E) die Halteringhälften (50.1, 50.2) einen unverschieblichen zweiten Formschluss (F2) miteinander bilden, • dass die Rohrträgerplatte (12, 14) durch die Vorgabe von mehr als einer in ihr vorgesehenen Innenbohrung (17) ein Rohrbelegungsmuster (M) festlegt für die Anordnung parallel zueinander angeordneter Innenrohre (16), • dass das Rohrbelegungsmuster (M) in den Halteringhälften (50.1, 50.2) derart abgebildet ist, dass auf einem einzigen Teilkreis (T) gleichverteilt angeordnete Innenrohre (16) jeweils maximal halbseitig von den Halteringhälften (50.1, 50.2) umschlossen sind, wobei die Öffnung der jeweils umschließenden Kontur dem Zentrum (Z) der Halteringhälften (50.1, 50.2) zugewandt ist, • dass die Trennebene (E) zusätzlich durch mindestens eine auf dem Teilkreis (T) liegende Innenrohrlängsachse (R) verläuft, • dass Haltebolzen (52) vorgesehen sind, die jeweils am Umfang der Halteringhälften (50.1, 50.2) und sternförmig zum Zentrum (Z) hin orientiert in die Halteringhälften (50.1, 50.2) verschieblich eingreifen, • dass die Haltebolzen (52) auf dem Teilkreis (T) angeordnete, benachbarte Innenrohre (16) jeweils tangieren und • dass die Haltebolzen (52) mit ihrer jeweiligen dem Zentrum (Z) zugewandten Stirnseite erforderlichenfalls ein im Zentrum (Z) angeordnetes Innenrohr (16) festlegen und in dieser Position selbst jeweils lösbar festgelegt sind.Auxiliary device (50) for a method for welded connections between inner tubes (16) and tube support plates (12, 14) of a tube bundle (10) for a product-to-product tube bundle heat exchanger (100), the welded connection being in a manner known per se the inner tube (16) is connected with its inner bore (17) in a plane perpendicular to an inner tube longitudinal axis (R) to an end face of the disk-shaped tube support plate (12, 14), which has the same inner bore (17), • that the inner bore (17) of the inner tube (16) and that of the tube support plate (12, 14) have equal inner diameters (D) and are aligned with each other, • that in an unwelded starting position the inner tube (16) and the tube support plate (12, 14) are fixed to one another with a first positive connection (F1), which is effective radially, axially and in a mutually directed manner, • that a circumferential circular weld seam ( 36) orbital, from the inner bore (17), is single-layer and continuous from the inside to the outside and • that a weld seam width (b) of the circumferential circular weld seam (36) detects at least one axial form-fit depth (B1) of the first form-fit (F1), characterized in that • that a first and a second retaining ring half (50.1, 50.2) are provided, which form a closed ring, • that the retaining ring halves (50.1, 50.2) are in a parting plane (E) through a center (Z) of the Auxiliary device (50) runs, touch and that in the parting plane (E) the retaining ring halves (50.1, 50.2) form an immovable second positive connection (F2) with each other, • that the tube support plate (12, 14) by specifying more than one in it provided inner bore (17) defines a tube occupancy pattern (M) for the arrangement of inner tubes (16) arranged parallel to one another, • that the tube occupancy pattern (M) in the retaining ring halves (50.1, 50.2) such It is shown that the inner tubes (16), which are arranged in a uniformly distributed manner on a single pitch circle (T), are each surrounded on a maximum half side by the retaining ring halves (50.1, 50.2), the opening of the respective surrounding contour being at the center (Z) of the retaining ring halves (50.1, 50.2) facing, • that the parting plane (E) additionally runs through at least one inner tube longitudinal axis (R) lying on the pitch circle (T), • that retaining bolts (52) are provided, each on the circumference of the retaining ring halves (50.1, 50.2) and in a star shape Center (Z) oriented to engage in the retaining ring halves (50.1, 50.2) so that • the retaining bolts (52) on the pitch circle (T) arranged adjacent inner tubes (16) each tangent and • that the retaining bolts (52) with their respective If necessary, fix an inner tube (16) arranged in the center (Z) to the end face facing the center (Z) and are detachably fixed themselves in this position. Hilfsvorrichtung (50) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Formschluss (F2) die erste und die zweite Halbringhälfte (50.1, 50.2) in radialer Richtung zueinander festlegt.Auxiliary device (50) after Claim 1 , characterized in that the second positive connection (F2) fixes the first and the second half-ring halves (50.1, 50.2) in the radial direction to one another. Hilfsvorrichtung (50) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltebolzen (52) jeweils durch eine Feststellschraube (54) in der zugeordneten Halteringhälfte (50.1, 50.2) unverrückbar festgelegt sind.Auxiliary device (50) after Claim 1 or 2nd , characterized in that the retaining bolts (52) are immovably fixed in each case by a locking screw (54) in the associated retaining ring half (50.1, 50.2). Hilfsvorrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Halbringhälfte (50.1, 50.2) durch eine am Umfang der ersten und der zweiten Halbringhälfte (50.1, 50.2) angeordnete Verbindungsschraube (56), die diametral zueinander angeordnet sind, lösbar miteinander verbunden sind.Auxiliary device (50) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and second half-ring halves (50.1, 50.2) are arranged diametrically to one another by a connecting screw (56) arranged on the circumference of the first and second half-ring halves (50.1, 50.2) are releasably connected. Hilfsvorrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, • dass sieben Innenrohre (16) vorgesehen sind, wobei sich ein Innenrohr (16) koaxial im Zentrum (Z) befindet und sechs Innenrohre (16) gleichverteilt auf dem Teilkreis (T) angeordnet sind und • dass die Trennebene (E) zusätzlich durch zwei diametral zueinander angeordnete Innenrohre (16) verläuft.Auxiliary device (50) according to one of the preceding claims, characterized in that • seven inner tubes (16) are provided, one inner tube (16) being located coaxially in the center (Z) and six inner tubes (16) evenly distributed on the pitch circle (T) are arranged and • that the parting plane (E) additionally runs through two diametrically arranged inner tubes (16). Hilfsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Rundschweißnaht (36) so positioniert ist, dass die Schweißnahtbreite (b) maximal um die Formschlusstiefe (B1) in die Rohrträgerplatte (12, 14), von der Seite des Innenrohres (16) aus gesehen, eingreift.Auxiliary device according to one of the preceding claims, characterized in that the circumferential circular weld seam (36) is positioned in such a way that the weld seam width (b) does not exceed the form-fit depth (B1) in the tube support plate (12, 14) from the side of the inner tube (16 ) seen, intervenes. Hilfsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Rundschweißnaht (36), bezogen auf die Rohrträgerplatte (12, 14), um einen vorgelagerten axialen Formschlussabstand (B2) des ersten Formschlusses (F1) von der Rohrträgerplatte (12, 14) entfernt positioniert ist, wobei die Rohrträgerplatte (12, 14) in diesem Bereich auf eine Wandstärke zwischen der einfachen bis zur zweifachen Rohrwandstärke (d) ausgehalst ist.Auxiliary device according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the circumferential circular weld seam (36), with respect to the tube support plate (12, 14), is positioned away from the tube support plate (12, 14) by an upstream axial form fit distance (B2) of the first form fit (F1), the Pipe support plate (12, 14) in this area to a wall thickness between the single to double the tube wall thickness (d) is necked. Hilfsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrträgerplatte (12, 14) radial außenseits von der umlaufenden Rundschweißnaht (36) eine umlaufende, axial sich erstreckende, ringspaltförmige plattenseitige Ausnehmung (34) aufweist, die so ausgebildet ist, dass die mit der umlaufenden Rundschweißnaht (36) zu verschweißende Wandstärke der Rohrträgerplatte (12, 14) einen Wert annimmt, der zwischen der einfachen bis zur zweifachen Rohrwandstärke (d) liegt.Auxiliary device according to one of the preceding claims, characterized in that the tube support plate (12, 14) radially outside of the Circumferential circular weld seam (36) has a circumferential, axially extending, annular-gap-shaped plate-side recess (34) which is designed such that the wall thickness of the tube support plate (12, 14) to be welded to the circumferential circular weld seam (36) assumes a value between the simple to twice the tube wall thickness (d). Rohrbündel (10) für einen Produkt-zu-Produkt-Rohrbündel-Wärmeaustauscher (100), geschweißt mit einer Hilfsvorrichtung (50) für ein Verfahren für Schweißverbindungen zwischen Innenrohren (16) und Rohrträgerplatten (12, 14) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.Tube bundle (10) for a product-to-product tube bundle heat exchanger (100), welded with an auxiliary device (50) for a method for welded connections between inner tubes (16) and tube support plates (12, 14) according to one of the Claims 1 to 8th . Produkt-zu-Produkt-Rohrbündel-Wärmeaustauscher (100) mit wenigstens einem Rohrbündel (10), das nach Anspruch 9 geschweißt ist.Product-to-product tube bundle heat exchanger (100) with at least one tube bundle (10) which according to Claim 9 is welded.
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